大慶地區多壓力層系長封井固井配套技術研究

曲國富

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司鉆井項目部，黑龍江大慶163412）

1 多壓力層系分布對長封井固井質量的影響分析

松遼盆地由淺至深包括四套含油氣組合，多套油氣產層。上部油氣組合為黑帝廟油層；中部含油氣組合為薩爾圖、葡萄花、高臺子油層；下部含油氣組合為扶余、楊大城子油層；深部含油氣組合為登婁庫組和侏羅系地層。油氣層埋深200～4200m，地溫為20℃～160℃，由于較強的成巖作用，儲層厚生孔隙由上部的大于25%，減少到深層的5%左右，正是由于孔隙的從上到下的變化使儲層的壓力分布發生變化，形成高壓層和低壓層；并且由于成巖作用和基巖的差異，使低壓層和高壓層交互存在，形成多壓力層系。壓力層系的分布直接影響到固井質量保證措施的實施，以下針對多壓力層系分布的特點，分析其對固井質量的影響。

1.1 低破裂壓力地層對長封井固井質量的影響

低破裂壓力地層一般破裂壓力系數在1.40～1.60之間，在鉆井過程中一般不會發生漏失，對鉆井影響不大；固井時水泥漿平均密度為1.90g/cm3，且封固段長，環空液柱壓力增加，施工壓力大于地層破裂壓力，就會壓漏地層，對固井造成危害：

（1）水泥漿進入地層，污染油氣層，同時使上部地層漏封，導致一次固井作業失??；

（2）由于地層發生漏失，致使環空返速降低，影響頂替效率，環空中泥漿頂替不干凈，水泥環與地層的膠結質量差，甚至造成混漿段，嚴重影響固井質量。

1.2 裂縫性地層對長封井固井質量的影響

大慶地區深層的登婁庫和侏羅系，主要巖性為砂礫巖或火山巖，地層破裂壓力系數雖高，但不同程度存在著裂縫，鉆進過程中就有一定量的漏失，如肇深6井，井深4117m，泥漿密度1.18g/cm3，鉆進過程中在2743.5～4117m井段共漏失鉆井液約 400m3，在3691.1m時漏失嚴重約25m3，已無法進行正常固井施工，給固井帶來了困難。

1.3 高壓層對長封井固井質量的影響

高壓層固井時，雖然地層壓力較高，但地層壓力基本保持不變的，候凝時環空靜液壓力包括兩部分，一部分泥漿、隔離液和沖洗液液柱壓力，由于這些液體中所含的材料為非膠凝材料，所以這部分壓力也是不變的，另一部分為水泥漿柱的靜液壓力，由于水泥漿內含有水硬性硅酸鹽膠凝材料，隨著水泥礦物水化反應的進行，水泥漿膠凝強度在不斷增加，水泥漿中水的存在形式也在不斷變化，水和水泥礦化物水化，固相量不斷增加，使水泥漿由液態向固態過渡，表現為水泥漿柱的失重，使得上部向底部傳遞的液柱壓力降低，壓穩程度減弱，當地層壓力P1大于環空液柱壓力P2和環空內抵抗地層流體侵入的阻力P3之和時，即P1＞P2+P3環空竄流就可能發生，影響高固井質量。研究表明封固段越長，水泥漿失重越厲害，環空壓差ΔP越小。針對水泥膠結造成壓力損失情況進行了統計分析，結果見表1。

表1 不同封固高度的水泥漿失重數據

由表1中數據可見，在相同的候凝時間，封固段越長，水泥漿柱的壓力損失越大，因此說長封井固井時，環空水泥漿柱的失重嚴重，尤其是封固段下部有高壓層存在，很難實現壓穩地層的目的。

1.4 高壓層與低壓層共存對長封井固井質量的影響

高低壓并存是多壓力層系的特點，同時要固好高壓層、低壓層，很難解決高壓層和低壓層差異的矛盾，尤其是高壓層下部存在低壓層的情況。為滿足高壓層固井條件，就要提高液柱壓力，增加環空壓差，在水泥漿凝結過程中保持正壓差，防止地層流體侵入水泥環；而由于低壓層的存在，環空液柱壓力高時就會壓漏低壓層，隨著水泥漿進入地層，環空液面降低，致使上部目的層漏封，造成一次固井失敗，影響固井質量。反之，若滿足低壓層固井條件就要降低環空液柱壓力，高壓層不穩，地層流體侵入水泥環，形成水氣竄通道，造成固井失敗。

2 多壓力層系長封井固井配套技術研究

2.1 提高低破裂壓力地層固井質量配套技術

2.1.1 配套技術選擇

長封井固井時，由于低壓層的存在，使用正常密度水泥漿固井施工，環空壓力高于低壓層破裂壓力時，低壓層發生漏失，導致上部目的層漏封，同時，由于井漏環空返速降低，直接影響頂替效率，固井質量差。為防止井漏的發生，必須保證固井施工壓力小于地層破裂壓力Pb，固井施工壓力包括環空靜液柱壓力Pc和環空循環壓力Ps，因此，防止井漏的條件為：Pb＞Pc+Ps。

控制施工壓力低于地層破裂壓力就要降低環空靜液柱壓力和減小循環壓力，減小循環壓力手段是：①降低注替排量，無法實現紊流頂替，固井中不采用這種方法；②改善水泥漿的流動性，應用低摩阻水泥漿，其壓力降低有限。因此，防漏技術主要是采用控制環空靜液柱壓力的方法。

2.1.2 微珠低密度水泥漿體系

環空液柱壓力在H處產生的壓力Pc=ρ·g·H，其中ρ為水泥漿的密度，應用低密度水泥漿代替正常密度水泥漿固井，能有效降低水泥漿柱的壓力，目前大慶常采用的低密度水泥漿密度為1.60g/cm3，根據低密度水泥漿封固井段的長短，計算環空壓力降低的效果，計算結果見表2。

表2 低密度與常密度水泥漿柱壓力數據

從表2的數據可見，在長封井固井時，應用低密度水泥漿的井段越長，環空壓力降低的越大，更有利于防止低壓層的漏失。

目前，微珠低密度水泥漿穩定性能較差，在水泥漿候凝過程中，微珠上浮使水泥石強度降低，水泥環與套管、地層膠結質量變差，嚴重影響固井質量。為了提高微珠低密度水泥漿的穩定性和控制低密度水泥漿的失水量，采取微珠低密度水泥漿與DSHJ降失水劑配套使用，在現場應用中取得較好的效果，這是因為DSHJ降失水劑是高分子化合物，增加了水溶性的粘度，使微珠逸出的阻力增大；另外，化合物分子吸附在水泥顆粒和微珠上，化合物分子之間的作用力，束縛微珠在水泥漿體內的運移，從而提高了微珠低密度水泥漿體系的穩定性，室內試驗情況見表3。

在大慶西部探區現場應用了5口井，上部采用1.60g/cm3微珠低密度水泥漿，下部應用1.90g/cm3正常密度水泥漿，從應用情況來看，現場施工沒有發生漏失，固井質量得到顯著提高，現場應用情況見表4。

表3 水泥漿穩定性實驗數據表

表4 低密度防漏應用情況

2.1.3 雙級注技術

對于封固段太長或低壓層的破裂壓力太低井，采用低密度水泥漿體系也無法滿足防漏的要求，就要考慮應用雙級注技術。雙級注技術是利用雙級箍，將長封固段分解成兩個短封固段，雙級箍可以自封，起到水泥傘的作用，避免二級水泥漿柱的壓力向下傳遞，同時，一級注水泥與二級注水泥之間有一定的時間間隔，大約為3h左右，在二級注水泥作業時，一級的水泥漿因水化作用形成一定的膠凝強度，傳壓性降低。由于上述的兩個原因，應用雙級注技術能有效地解決低壓層的漏失。經現場應用，DSHJ降失水劑水泥漿體系、微珠低密度水泥漿體系與雙級注配套使用，有效地解決了低破裂壓力地層的防漏問題，提高了低破裂壓力地層的固井質量，現場應用情況見表5。

表5 雙級注固井應用情況

2.2 提高裂縫性地層固井質量配套技術

大慶地區深井目的層為登婁庫、侏羅系，主要巖性為砂礫巖或火山巖，地層破裂壓力系數雖高，但不同程度存在著裂縫，鉆進過程就有一定量的漏失，給固井帶來了困難，無法進行正常固井施工，因此，采用裸眼水泥橋塞堵漏，建立固井條件。

以肇深x井為例，井深4117m，封固井段2350～3705m，泥漿密度1.18g/cm3，鉆進過程中在2743.5～4117m井段共漏失鉆井液約400m3，在3691.1m時漏失嚴重約25m3，即使采用低密度（1.60g/cm3）水泥漿固井，也會壓漏地層，因此已不具備注水泥條件，經研究，采用先在3705～3753m打水泥塞，建立人工井底，后在3540～3570m打第二段水泥塞封隔漏層，保證注水泥時不發生漏失，最后下?178mm套管至3542m進行固井施工，一次成功，后采用?152.4mm鉆頭鉆穿?178mm套管下部水泥塞至3705m，完成了此井的固井施工。即采用上部大尺寸套管完井，下部裸眼完井的“一井兩法”，解決了深層漏失的固井問題，見圖1。

圖1 肇深x井完井示意圖

2.3 提高高壓層固井質量配套技術的應用

應用DSHJ濕混降失水劑，控制水泥漿的失水，避免發生橋堵失重，使上部液柱壓力無法向下傳遞，降低對高壓層的壓穩程度。前導漿使用超緩凝水泥漿，中部使用正常水泥漿，下部應用速凝水泥漿，即在固井時采用三凝水泥漿技術，當高壓層上部水泥漿因失重產生壓力損失，使得環空液柱壓力等于高壓層孔隙壓時，下部水泥漿已終凝，產生足夠抵抗地層流體侵入的強度，防止水氣竄的發生。

2.4 提高高壓層與低壓層共存固井質量配套技術

高低壓層系并存是長封固多壓力層系井的特點，固井時首先要防漏，而防漏技術的應用必然降低環空對高壓層的壓差，不利于壓穩高壓層。因此，在多壓力層系長封井固井選用配套技術的原則：根據地質預測，確定低壓層和高壓層的位置，計算防止低壓層漏失的當量水泥漿密度和壓穩高壓層的水泥漿密度；通過計算機設計，在保證施工壓力小于低壓層的破裂壓力的前提下，盡可能提高環空液柱壓差，壓穩高壓層；如果需選用雙級注技術，根據油層分布情況，確定雙級箍的最佳下深。

（1）低摩阻常密度水泥漿；

（2）上部應用低密度水泥漿，下部用常密度水泥漿；

（3）全井用低密度水泥漿；

（4）應用雙級注技術，分解封固段；

（5）根據地質情況，在應用雙級注固井工藝時，選擇低密度水泥漿。

按上述順序選擇固井方案，以確保較高的環空壓差，同時設計好水泥漿性能，使其在有限的環空壓差下，防止水氣竄的發生。

多壓力層系長封井固井設計時，要同時兼顧低壓層的防漏和高壓層的壓穩，因此，合理選用配套技術，在防漏的同時壓穩高壓層，保證固井質量。

3 結論

（1）采用加入添加劑的低密度水泥漿體系和雙級注配套技術能夠防止低壓層漏失，提高低破裂壓力地層的固井質量；

（2）利用人工井底封隔裂縫性地層技術可以解決深層漏失問題；

（3）采用三凝水泥漿技術可以有效壓穩長封井中高壓層，提高高壓層固井質量；

（4）微珠低密度水泥漿體系、雙級注、三凝水泥漿等技術的配套應用可以解決高、低壓層并存的問題，提高高低壓并存長封井的固井質量。